طبقه بندی مواد معدنی

[S H i M A]

در یک مفهوم گسترده، مواد معدنی را می‌توان در چهار طبقه تقسیم بندی نمود:

عناصر، ترکیبات یونی، ترکیبات مولکولی و جامدات شبکه‌ای یا بسپارها.


عناصر: عناصر دارای ساختارها و خواص بسیار متفاوت هستند. بنابراین می‌توانند

به یکی از صورتهای زیر باشند:

- گازهای اتمی (Kr , Ar) و یا گازهای مولکولی (O2 , H2)

- جامدات مولکولی (C6 , S8 , P4)

- مولکولها و یا جامدات شبکه‌ای گسترش یافته (الماس، گرافیت)

- فلزات جامد (Co , W) و یا مایع (Hg , Ca)


ترکیبات یونی: این ترکیبات در دما و فشار استاندارد همواره جامدند و عبارت‌اند از:

- ترکیبات یونی ساده، مانند NaCl که در آب یا دیگر حلالهای قطبی محلول‌اند.

- اکسیدهای یونی که در آب غیر محلول‌اند

- اکسیدهای مختلط همچون اسپنیل (MgAl2O4)،

سیلیکاتهای مختلف مانند CaMg(SiO3)2

و ...

- دیگر هالیدهای دوتایی، کاربیدها، سولفیدها و مواد مشابه.

چند مثال عبارتست از: BN , GaAs , SiC , AgCl.

- ترکیباتی که دارای یونهای چند اتمی (به اصطلاح کمپلکس) هستند.


ترکیبات مولکولی: این ترکیبات ممکن است جامد، مایع و یا گاز باشند و مثالهای

زیر را دربرمی‌گیرند:

- ترکیبات دوتایی ساده

همچون UF6 , OsO4 , SO2 , PF3

- ترکیبات پیچیده فلزدار

همچون RuH(CO2Me)(PPh3)3 , PtCl2(PMe3)2

- ترکیبات آلی فلزی که مشخصا پیوندهای فلز به کربن دارند،

مانند Zr(Cn2C6H5)4 , Ni(CO)4


جامدات شبکه‌ای یا بسپارها: نمونه‌های این مواد شامل بسپارهای متعدد و متنوع

معدنی و ابررساناها است.

 

[S H i M A]

عنصر

طبیعت در جهان پیرامون ما از مواد گوناگونی ساخته شده است. این مواد دارای حالتهای فیزیکی

مختلف می‌باشند، سنگها و کوهها جامدند، رودها و دریاها از آب مایع تشکیل شده‌اند و هوای

اطراف به صورت گاز می‌باشد. پوسته زمین از ترکیبات مختلفی تشکیل شده است.

از کانیهای مختلفی که با تجزیه آنها عناصر سازنده آنها بدست می‌آید و انسان با یافتن شیوه‌های

مختلف عناصر فراوانی را از پوسته زمین استخراج کرده و برای رفع نیازهای خود از آنها استفاده

می‌کند. عناصر مختلف از لحاظ خواص فیزیکی و شیمیایی با یکدیگر متفاوت می‌باشند، اما در یک

خاصیت مهم باهم مشترک هستند و آن عدم تجزیه آنها به مواد ساده‌تر می‌باشد.

در تعبیری دیگر، در دانش شیمی، به ماده‌ای گفته می‌شود که اتم‌های آن تعداد پروتون‌های برابر

در هسته‌ی خود داشته باشند.

گاهی نیز برای سادگی، به عنصر شیمیایی صرفاً عنصر گفته می‌شود. به تعداد پروتون‌های درون

هستهٔ یک اتم، عدد اتمی گفته می‌شود. به عنوان مثال، تمام اتم‌هایی که ۶ عدد پروتون در هستهٔ

خود داشته باشند، عنصر شیمیایی کربن هستند.

هم‌چنین تمام اتم‌هایی که تعداد پروتون‌های درون هستهٔ آن‌ها ۹۲ عدد باشد، عنصر اورانیوم بشمار

می‌روند.آستاتین کمیاب ترین فلز جهان است . هم اکنون تعداد عناصر شیمیایی در جدول تناوبی

حدود ۱۱۵ عنصر برآورد می‌شود که 91 عنصر در طبیعت یافت می شود و بقیه به طور مصنوعی در

ازمایشگاه ساخته می شوند.

فهرست عناصر بر پایه نام، علامت اختصاری و عدد اتمی موجود است.


منابع عناصر

از 91 عنصری که در طبیعت وجود دارد شش تای آنها ( N[SUB]2[/SUB] و O[SUB]2[/SUB] و چهار گاز نجیب Ye ، kr ، Ar ، Ne)

به صورت عنصر در اتمسفر یافت می‌شوند. این شش عنصر را می‌توان با تقطیر جز به جز هوای مایع از

یکدیگر جدا کرد. چهار عنصر دیگر (Na ، Mg ، Cl[SUB]2[/SUB] ، Br[SUB]2[/SUB]) را می‌توان از آب اقیانوسها که در آنجا بصورت

یونهای تک اتمی وجود دارند،استخراج کرد و سپس با واکنشهای الکتروشیمی در سلولهای الکتریکی

به عناصر مربوطه تبدیل کرد.

تقریبا تمام عناصر دیگر را می‌توان از ذخایر معدنی روی زمین یا زیر زمین بدست آورد. اما اکثر این معادن

را نمی‌توان به عنوان منابع تهیه عنصر در نظر گرفت زیرا بسیاری ناخالص هستند. مواد معدنی نسبتا

کمی وجود دارد که استخراج عناصر از آنها مقرون به صرفه است و اصطلاحا آنها را کانه می‌نامند.

فلزاتی مانند طلا و پلاتین را که به حالت عنصر وجود دارند، می‌توان با روشهای جداسازی فیزیکی ساده

بصورت خالص بدست آورد. معمولا طلا را از طریق انحلال در جیوه جدا می‌کنند. گوگرد تنها جامد غیر فلزی

است که بصورت ذخایر عظیم زیرزمینی با خلوص 99% یافت می‌شود.

جدول تناوبی عناصر

در سال 1864 جی نیولندز و درسال 1867 دیمتر مندلیف تدوین عناصر را در قالب جدولی شروع کردند.

جدول نیولندز تا عنصر کلسیم کارایی داشت و بعد از آن اشکالات عمده‌ای داشت که در جدول مندلیف

این اشکالات تا حدی بر طرف شده بود.

مندلیف عناصر را برحسب افزایش وزن اتمی مرتب می‌کرد. شکل جدید این جدول امروزه برحسب افزایش

عدد اتمی عناصر مرتب شده است و هر عنصر با نشانه اتمی که شامل یک یا دو حرف بوده و از اسم عنصر

یا اسم لاتین آن عنصر و یا از اتم یکی از ترکیبات آن مشتق شده است، نمایش داده می‌شود.

عناصر با خواص شیمیایی مشابه در زیر یکدیگر در یک گروه قرار می‌گیرند و هر دوره تناوب با یک فلز قلیایی

آغاز و به یک گاز نجیب ختم می‌شود. به جز گروه یک که با هیدروژن آغاز می‌شود. جدول تناوبی ، وسیله

با ارزشی است که از روی آن می‌توان خواص عناصر مختلف را پیش بینی کرد.

[h=1]
طبقه‌بندی عناصر

فلزات [/h]از 106 عنصر شناخته شده تقریبا 81 عنصر را می‌توان جزء فلزات طبقه بندی کرد. همه فلزات کم و بیش

دارای خوص فیزیکی زیر هستند.

رسانایی الکتریکی زیاد - رسانایی گرمایی زیاد - جلاپذیری - قابلیت مفتول شدن و چکش خواری و بارزترین

خاصیت فلزات که آنها را از سایر عناصر متمایز می‌سازد، تمایل به از دست دادن الکترون میباشد. خصلت

فلزی در جدول تناوبی از چپ به راست کاهش و از بالا به پایین افزایش می‌یابد.

عناصری که معمولا فلز نامیده می‌شوند، شامل گروههای زیر هستند : تمام عناصر گروههای A[SUB]1[/SUB] و A[SUB]2[/SUB] ،

عناصر سنگین در گروههای A[SUB]3[/SUB] )Tl و In و Ga و Al ) A[SUB]4[/SUB] ، ( Sn و Pb و A[SUB]5[/SUB] ، ( Bi ، تمام عناصر واسطه از

زیر گروههای B ، تمام آکتنیدها و لانتانیدها.


غیرفلزات

در گوشه راست بالای جدول تناوبی مجموعه 17، عنصری وجود دارد که معمولا غیرفلزات نام دارند. به جز

سلنیوم و شکل گرافیت کربن بقیه آنها نارسانای الکتریکی می‌باشند.

بلورهای غیرفلزات به جز چند استثناء از جمله الماس از نظر ظاهری کدر هستند و تمام جامدات غیرفلزی

با چکش خوردن یا کشیده شدن ، خرد می‌شوند.

از دیدگاه شیمیایی مهمترین خاصیت غیرفلزات تمایل آنها در بدست آوردن الکترون در واکنشهای شیمیایی

است.به جز گازهای نجیب که برعکس سایر غیرفلزات تمایل کمتری به ترکیب با سایر عناصر نشان میدهند

و برعکس سایر غیرفلزات که درحالت گازی مولکولهای چند اتمی تشکیل میدهند (مثل N[SUB]2[/SUB] و O[SUB]2[/SUB] و S[SUB]8[/SUB] و …)

این گازها تک اتمی هستند.

شبه فلزات

عناصری مانند بور ، سیلیسیم ، ژرمانیوم ، آرسنیک ، آنتیموان و تلوریوم که خواص آنها حد واسط فلزات و

غیرفلزات میباشد، شبه فلز نامیده میشوند. همه آنها جلای فلزی دارند ولی هیچیک در واکنشهای شیمیایی

یون مثبت تشکیل نمی‌دهند. شبه فلزات نیم رسانا هستند.

اگرچه رسانایی الکتریکی آنتیموان و آرسنیک به فلزات نزدیک است.

سیلیسیم و ژرمانیوم در ساخت ترانزیستورها کاربرد دارند.

خاصیت بارز شبه فلزات این است که برعکس فلزات،رسانایی الکتریکی آنها به دما بستگی دارد و با بالا رفتن

دما رسانایی الکتریکی آنها بهتر می‌شود. دو عنصر بسیار سنگین پولونیوم و استاتین که هیچ یک در طبیعت

وجود ندارند بطور قراردادی در گروه شبه فلزات طبقه‌بندی می‌شوند.